폰으로 만드는 CD 분광기

CD spectroscope

형광등 빛을 CD 조각에 비춰 폰으로 찍으면, 햇빛과 달리 왜 띄엄띄엄한 색 줄이 보일까요?

무슨 일이 일어났나

회절격자는 프리즘처럼 빛을 색으로 펼치는데, CD 표면에 촘촘히 줄지은 홈도 같은 구실을 합니다.

백열전구의 달군 필라멘트 빛은 색이 끊김 없이 이어진 띠(연속 스펙트럼)로 보입니다.

형광등 속에서 전기로 들뜬 수은 증기는 띄엄띄엄한 색 줄을 내므로, 폰 카메라 판의 밝기 곡선에 봉우리 몇 개가 솟습니다.

프리즘은 꺾임(굴절)으로, CD 는 홈에서 퍼지는 빛(회절)으로 색을 가르지만, 섞여 있던 색을 펼쳐 보인다는 점은 같습니다 — 위 프리즘 그림에서 빨강(38.5°)과 보라(39.9°)가 갈라지듯이요.

💡 생활 속 예시

CD 나 DVD 뒷면을 거실 형광등 아래에서 기울이면 무지개색이 번쩍입니다.
비눗방울이나 비 온 뒤 물웅덩이 위 기름 막에도 무지개색이 어른거리는데, 얇은 막에서 빛이 색마다 다르게 겹쳐 생기는 색입니다.

🧪 해 보기

어른과 함께 못 쓰는 CD 한 장과 작은 종이 상자(과자 상자 같은)를 준비합니다.
어른이 가위로 상자 한쪽 끝에 1 mm 안팎의 가는 틈을 내고, 맞은편 안쪽에 CD 를 비스듬히(약 45°) 테이프로 붙입니다.
틈을 천장 형광등이나 LED 전등 쪽으로 향하게 하고, CD 에 비친 색 띠를 폰 카메라로 비춥니다.
이 쪽 시뮬레이터 아래 카메라 판에서 «시작» 을 누르고, 가운데 줄 높이 끌개를 색 띠에 맞춥니다.
형광등 · LED 전등 · 흐린 날 창가의 하늘빛을 차례로 비춰, 밝기 곡선이 봉우리 몇 개인지 이어진 언덕인지 견주어 봅니다.

⚠️ 해를 직접 보거나 해 쪽으로 카메라를 돌리지 않습니다 — 하늘빛은 해를 등지고, 흰 종이에 비친 빛으로 봅니다.
⚠️ CD 를 자르거나 휘지 않습니다 — 깨지면 날카로운 조각에 손을 벨 수 있어, 통째로 붙여 씁니다.
⚠️ 카메라 영상은 이 쪽 안에서 색 줄을 그리는 데만 쓰고, 저장하거나 폰 밖으로 보내지 않습니다.

누가 왜 찾았나

1858 년부터 1863 년까지 구스타프 키르히호프와 로베르트 분젠은 물질이 내는 빛을 분광기로 나눠 보는 연구를 함께 했습니다. 원소마다 정해진 스펙트럼 선을 낸다는 것을 밝혔고, 이 방법으로 광천수 속에서 루비듐과 세슘이라는 새 원소를 곧바로 찾았습니다.

확인된 값

안전: 분광기로 해를 직접 보지 않는다: do not look directly at the Sun 출처
형광등 빛 — 수은 증기가 띄엄띄엄한 색 줄을 낸다: distinct colored lines 출처
회절격자는 프리즘처럼 빛을 색으로 펼친다: grating acts like a prism 출처
달군 텅스텐 필라멘트(백열전구) 빛 = 이어진 띠(연속 스펙트럼): continuous spectrum 출처
키르히호프 · 분젠의 분광 분석 공동 연구 기간: 1858–1863 출처
원소마다 정해진 스펙트럼 선을 낸다: element-specific spectral lines 출처
분광 분석으로 광천수에서 찾은 새 원소 — 루비듐 · 세슘: Rb, Cs 출처
크라운 유리 굴절률 — 빨강 (656.3 nm): 1.515 출처

교육과정에서는

한국 2022 · 물리학 실험 · 광학
호주 v9 · AC9S10U03

출처

이어서 보기

같은 단원 · 색과 전자기파

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